Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов

Что такое ионы?

Ионы – это заряженные частицы. То есть в процессе ионизации нормальное честное электронейтральное вещество распадается либо полностью, как в случае с атомом водорода, либо частично, как с более сложными веществами, у которых срывает с орбит только один-два внешних электрона. Вы ведь, надеюсь, не забыли, что в таблице Менделеева существуют химические элементы, в ядрах которых сгруппированы десятки протонов, а вокруг ядер кружатся десятки электронов. Вот если у какого-нибудь из них сорвет электрон-другой с внешней орбиты, получится положительно заряженный ион. (А иногда на атом налипает и лишний электрончик. Тогда образуется отрицательно заряженный ион.) На этом небольшое, но полезное знакомство с ионами заканчиваем и возвращаемся в мир звезд.

Итак, облако космического газа стянулось гравитацией в огромный небесный ком шарообразной формы, оно разогрелось и сначала ионизировалось (процесс ионизации начинается примерно при температуре в 4000 градусов), с водородных атомов посрывало электронные шубы, оголив протоны, которые, когда температура еще подросла, начали вскоре стукаться друг о друга, и запустилась термоядерная реакция с обильным выделением энергии в виде излучения.

Зажглась звездочка!

Кстати, из газового облака может образоваться не одна звезда, а две, если газ собирается к двум случайным сгущениям, из которых впоследствии зажигаются две звезды. Тогда получается двойная система или, как ее еще называют, двойная звезда – две звезды кружатся друг вокруг друга, словно танцоры, взявшись за руки. И эти руки – гравитационные силы, то есть силы тяготения.

В зависимости от того, сколько вещества было в первоначальном газовом облаке, которое собралось в звезду, судьба этой звезды сложится по-разному.

Если газовое облако было небольшим, и звезденка получилась маленькая да легонькая, ее массы не хватит для мощного гравитационного уплотнения и, соответственно, разогрева, который мог бы зажечь полноценную термоядерную реакцию. Если это и случится, небольшой запасец ядерного топлива там быстро прогорит. Такая легонькая звездулька не будет слишком горячей (в зависимости от массы ее температура колеблется от комнатной до 4000 градусов). Она практически не светится, но излучает тепло, то есть почти вся ее светимость будет лежать в диапазоне инфракрасного электромагнитного излучения. Понятно, что слово «светимость» образовано от слова «свет», поэтому употреблять его по отношению к темному объекту, который не светится в видимом диапазоне, несколько непривычно. Но зато эта «недозвездочка» светится в тепловом диапазоне – как русская печка в деревенском доме, которая тоже не лучится видимым светом, а испускает свет невидимый, то есть источает тепло (электромагнитное излучение в т. н. инфракрасном диапазоне). В общем, такие звездочки-недоделки называют коричневыми карликами, мы их упоминали, когда рассматривали Главную последовательность. По сути, это промежуточное звено между звездами и тяжелыми планетами.

А если газовое облако, из которого сгустилась звезда, будет потяжелее, и гравитирующей массы хватит для запуска мощной термоядерной реакции, вот тогда и начинается самое интересное! Дальнейшая судьба звезды целиком зависит от ее массы и может быть весьма и весьма необычной.

Давайте же понаблюдаем за жизнью звезд повнимательнее, и не обижайтесь, если мы где-то будем повторяться, ибо повторение – мать учения, а без мамы жить не очень хорошо.

Итак, облако первичного газа постепенно собирается в шар, внутри которого растут давление и температура. Аналогичный процесс вы можете наблюдать в велосипедном насосе, накачивая колесо, – вы сжимаете поршнем воздух, и трубка насоса постепенно нагревается, потому что при сжатии газа растет его температура. Только в насосе вам никогда не удастся так нарастить температуру, чтобы, черт возьми, там началась термоядерная реакция! Для этого нужны миллионы градусов! А вот в центре гигантских (по сравнению с велосипедным насосом да и всей нашей планетой) газовых образований термоядерная реакция начинается, поскольку температуры там – как раз миллионы градусов. Скажем, внутри нашего Солнца температура достигает 20 миллионов градусов, а на поверхности Солнца – всего 6 тысяч градусов.

Разгоревшись в центре засиявшей звезды, термоядерная реакция начинает противостоять дальнейшему гравитационному сжатию. Сила гравитации стремится и дальше стискивать вещество к центру, а излучение термоядерной реакции препятствует этому, расталкивая вещество. По сути, внутри звезды происходит перманентный (то есть постоянный) термоядерный взрыв. Человечество тоже научилось запускать термоядерную реакцию, однако пока она получается у нас неуправляемой – в виде термоядерного взрыва водородной бомбы. А вот термоядерную электростанцию пока что построить не удается, но непременно удастся, и к концу нашего века изрядная часть электричества на планете будет вырабатываться на термоядерных станциях.

В общем, внутри звезды бушует мощный термоядерный пожар, выделяя кучу энергии, которая в виде излучения разлетается в разные стороны в открытый космос. И биосфера Земли этим излучением пользуется, купаясь в нем и живя благодаря ему.

Когда звезда активно и с видимым удовольствием сжигает в термоядерной топке свое главное топливо – водород, она находится в пределах Главной последовательности, которую мы уже проходили, и, если вы не поленитесь пролистать странички назад, сможете еще раз полюбоваться на эту прекрасную картинку.

Постепенно выгорая, водород превращается в гелий, а затем начинает гореть гелий, нарабатывая все более и более тяжелые ядра. Все тонкости этого непростого процесса мы сейчас рассматривать не будем, иначе у вас голова взорвется от натуги, но на два хитрых обстоятельства внимание обратим.

Обстоятельство № 1. Водород вступает в термоядерную реакцию только в центре звезды, а в ее внешних слоях для этого слишком холодно. Когда водород в центре звезды выгорает, превратившись в продукт горения – гелий, прекращается распирающее давление термоядерной реакции, и гравитация вновь начинает сжимать звезду к центру. До тех пор, пока из-за сжатия температура в серединке не повысится настолько, что станет возможной дальнейшая ступень реакции – на сей раз в термоядерную реакцию вступит гелий, с образованием следующих, более тяжелых веществ.